도서 소개

‘일반물리학’의 방대한 이론을 자세하게 설명하고 있는 책으로, 고등학생들을 대상으로 단순한 암기식 공부 방법이 아니라 원리를 제대로 알고 물리 공식을 자연스럽게 유도할 수 있는 노하우를 담았다. 다양한 사례와 더불어 표와 그림을 제시하여 내용의 이해를 높이고 있으며, 특히 대학과정까지의 연계성을 충분히 고려하여 교육과정의 변화와 상관없이 널리 활용할 수 있다.

  출판사 리뷰

‘일반물리학’의 방대한 이론을 자세하게 설명하고 있는 이 책은 고등학생들을 대상으로 단순한 암기식 공부 방법이 아니라 원리를 제대로 알고 물리 공식을 자연스럽게 유도할 수 있는 노하우를 담았다. 다양한 사례와 더불어 표와 그림을 제시하여 내용의 이해를 높이고 있으며, 특히 대학과정까지의 연계성을 충분히 고려하여 교육과정의 변화와 상관없이 널리 활용할 수 있다는 점이 이 책의 큰 특징이다.

출판사 리뷰

물리는 내용도 어려운데 무작정 공식을 외워야 하는 과목?
원리만 제대로 알면 풀리는, 고등학생을 위한 일반물리학!

세상에서 ‘물리’를 좋아하는 학생은 과연 몇 명이나 될까? 많은 학생들이 물리를 좋아하지 않는 이유는 대부분 내용도 어려운데 무작정 공식을 외워야 하는 과목인 줄 알기 때문이다. 하지만 원리만 제대로 알고 있으면 물리 공식을 다 외우고 있지 못해도 필요할 때마다 관련된 식들을 유도해 낼 수 있다.
실제로 “선생님, 이건 왜 그런가요?”라고 묻는 학생들에게 저자는 고등학교 교과서에 나오는 식이든, 고등학교 교육과정을 벗어난 식이든 필요하다면 그 자리에서 바로 유도해 내면서 물리학의 기본 원리를 설명한다. 이 책은 “왜 이런 게 책에는 없어요?”라고 묻는 학생들에게 고등학교 교과과정을 기초로 물리학의 기본 내용을 학생들이 알기 쉽도록 ‘따라 하기식 서술’로 완성한 책이다.
‘일반물리학’의 방대한 이론을 상세하게 설명하고 있는 이 책은 실제 학생들을 가르치면서 습득한 저자의 물리 교육 노하우가 고스란히 담겼다. 물리 공식 유도의 틀이 매우 쉽게 설명되어 있으며 다양한 표와 그림을 통해 내용의 이해를 높이고 있다. 특히 대학과정까지의 연계성도 충분히 고려했으며 교육과정의 변화와 상관없이 널리 활용할 수 있다는 점이 이 책의 큰 특징이다.

여러분은 지금껏 물체의 운동을 다루면서 물체의 질량을 단순히 m(또는 다른 기호)이라고 표기하면서 배워 왔을 것이다. 그런데 물체의 운동은 배운 것처럼 단순하지 않다. 공이 포물선 운동을 하는 경우라면 이미 살펴본 바와 같은 방식으로 해결하면 되겠지만, 만일 여러분들이 내용물이 가득 채워져 있는 상태로 속의 내용물이 흔들리지 않는 필통과 같은 물체를 던진다면 어떻게 해결해야 될까?
이런 경우는 공이 날아가는 것과 같은 단순한 포물선 운동이 일어나지 않는다. 필통의 질량 중심은 우리가 익히 알고 있는 운동(포물선 운동)을 하겠지만 필통의 다른 부분들은 단순한 포물선 운동이 아닌 회전운동을 하게 된다. 이렇듯 일반적인 물체의 운동은 단순한 것이 아니다.
사람을 예로 들어 보자. 피겨 스케이팅 선수인 김연아 선수가 점프를 할 때의 질량 중심은 수시로 달라질 수가 있다. 팔을 벌리고 뛰어오르느냐 아니면 팔을 모으고 뛰어오르느냐 혹은 팔을 위로 향하느냐 등등에 따라 질량 중심의 위치는 달라지고 점프 높이도 달라지게 된다. 물론 다리 역시 마찬가지이다. 그래서 우리는 물체의 운동을 더 자세히 알 수 있는 조건인 질량 중심에 대해 먼저 자세히 살펴보고자 한다.

  작가 소개

저자 : 김형근
·명지대 물리학과·독일 뮌헨 공과대학 물리학과 생물물리학·이메일: chonong@daum.net [저서]·고등학생을 위한 일반물리학 115제·그해 겨울은 그랬다…

  목차

서문 4

chapter 1 측정 (Measuring) 11
1-1 국제 표준 단위 (The International System of Units) 12
1-2 단위 변환 (Changing Units) 12
1-3 길이 (Length) 13
1-4 시간 (Time) 13
1-5 질량 (Mass) 14
1-6 그 밖의 단위 14

Chapter 2 벡터 (Vector) 15
2-1 벡터의 3요소 16
2-2 벡터의 합과 차 16
2-3 합 벡터의 크기 17
2-4 벡터의 교환법칙과 결합법칙 18
2-5 벡터의 성분 (Components of Vectors) 18
2-6 단위 벡터 (Unit Vectors) 19
2-7 성분에 의한 벡터 연산 19
2-8 벡터의 회전 20
2-9 좌표축 회전 21
2-10 벡터의 곱 (Multiplying Vectors) 22

Chapter 3 1차원 운동 (1-Dim. Motion) 26
3-1 1차원 직선상에서의 운동 (One Dimensional Motion) 27
3-2 속력과 속도 (Speed & Velocity) 27
3-3 상대속도 (Relative Velocity) 29
3-4 등속 운동 (Constant Velocity & Speed) 30
3-5 가속도 운동 (Acceleration) 31
3-6 등가속도 운동 (Constant Acceleration) 33
3-7 상승 운동과 낙하 운동 36

Chapter 4 2, 3차원 운동 (2, 3-Dim. Motion) 39
4-1 위치 벡터와 변위 벡터 (Position & Displacement Vector) 40
4-2 2차원, 3차원 상에서의 평균 속도와 순간 속도 40
4-3 2차원, 3차원 상태에서의 평균 가속도와 순간 가속도 42
4-4 비스듬히 던져진 물체의 운동 (Projectile Motion) 43
4-5 수평방향으로 던져진 물체의 운동 46
4-6 2차원 상에서의 상대 속도 47

Chapter 5 뉴튼 법칙 (Newton's Law) 49
5-1 뉴튼 제1법칙 - 관성의 법칙 50
5-2 뉴튼 제2법칙 - 가속도의 법칙 51
5-3 뉴튼 제3법칙 - 작용-반작용의 법칙 56
5-4 뉴튼 법칙의 응용 57

Chapter 6 마찰과 끌림 (Friction & Drag) 64
6-1 마찰력 (Friction) 65
6-2 끌림력과 종단 속력(Drag Force & Terminal Speed) 67

Chapter 7 일과 에너지 (Work & Energy) 69
7-1 일과 에너지의 정의 70
7-2 운동 에너지와 일 70
7-3 용수철 탄성력에 의한 일 73
7-4 일반적인 힘(외력)에 의한 일 76
7-5 일과 위치 에너지 78
7-6 역학적 에너지의 보존 80
7-7 에너지의 보존 81
7-8 일률 (Power) 82

Chapter 8 운동량과 충격량 (Momentum & Impulse) 84
8-1 질량 중심 (Center of Mass, com) 85
8-2 질량 중심을 이용한 뉴튼 법칙 87
8-3 선형 운동량 (Linear Momemtum) 88
8-4 충돌과 충격량 89
8-5 선형 운동량의 보존 90
8-6 충돌과 운동 에너지 92
8-7 2차원에서의 충돌 94
8-8 질량이 변하는 계(系)에서의 운동 95

Chapter 9 회전 운동Ⅰ(Rotational MotionⅠ) 97
9-1 각 위치와 각 변위 (Angular Position & Displacement) 98
9-2 각속도 (Angular Velocity) 99
9-3 각가속도 (Angular Acceleration) 100
9-4 등각가속도 운동 101
9-5 선형 운동과 각 운동과의 관계 102
9-6 회전 운동에서의 운동 에너지 106
9-7 토크(돌림힘) (Torque) 107
9-8 회전 운동에서 뉴튼 제2법칙 표현 109
9-9 회전하는 물체에서의 일과 운동 에너지 109

Chapter 10 회전 운동 Ⅱ (Rotational Motion Ⅱ) 111
10-1 회전 운동과 병진 운동이 함께 일어나는 운동 112
10-2 회전 운동과 병진 운동을 하는 물체의 운동에너지 113
10-3 회전 운동과 병진 운동을 하는 물체에서의 힘 114
10-4 토크(돌림힘)의 벡터적 표현 116
10-5 각운동량 (Angular Momentum) 117
10-6 토크와 각운동량을 이용한 뉴튼 제2법칙 118
10-7 입자계의 각운동량 119
10-8 고정된 축에 대해 회전하는 물체(강체)의 각운동량 119
10-9 각운동량의 보존법칙 120

Chapter 11 뉴튼 중력 (Newtonian Gravitation) 121
11-1 중력 (만유 인력) 122
11-2 만유 인력의 중첩의 원리 122
11-3 지표면 근처에서의 만유 인력 123
11-4 지구 내부에서의 중력 125
11-5 중력에 의한 위치 에너지 126
11-6 위치 에너지와 힘과의 관계 128
11-7 탈출 속력 129
11-8 케플러의 법칙 129
11-9 위성의 운동 131
11-10 중력 렌즈 132

Chapter 12 유체와 유체 역학 (Fluid & Fluid Dynamic) 134
12-1 밀도와 압력 135
12-2 고요한 상태에 있는 유체의 압력 136
12-3 압력의 측정 137
12-4 파스칼의 원리 (Pascal's Principle) 139
12-5 아르키메데스의 원리 (Archimedes' Principle) 140
12-6 이상적인 유체 140
12-7 연속 방정식 (Equation of Continuity) 141
12-8 베르누이 방정식(Bernoulli's Equation) 142

Chapter 13 열역학 I (Thermodynamics I ) 144
13-1 온도 (Temperature) 145
13-2 열 (Heat) 146
13-3 열역학 제0법칙 (The Zeroth Law of Thermodynamics) 147
13-4 열 팽창 (Thermal Expansion) 148
13-5 열용량과 비열 149
13-6 상태 변화 (State Transformation) 149
13-7 열과 일 (Heat and Work) 151
13-8 열역학 제1법칙 153
13-9 열역학 제1법칙의 응용 154
13-10 열전달 메카니즘 156

Chapter 14 기체의 운동 이론 (Kinetic Theory of Gas) 160
14-1 아보가드로 수 (Avogadro's number) 161
14-2 샤를의 법칙, 보일의 법칙 161
14-3 이상 기체 (Ideal Gases) 163
14-4 온도가 일정할 때 이상 기체가 하는 일 164
14-5 부피와 압력이 일정할 때 이상 기체가 하는 일 165
14-6 기체의 제곱평균제곱근 속력과 병진 운동의 운동 에너지 165
14-7 이상 기체의 몰비열 (Molar Specific Heat) 168
14-8 이상 기체의 단열 팽창 172

Chapter 15 열역학 Ⅱ (Thermodynamics Ⅱ) 175
15-1 비가역 과정의 엔트로피 176
15-2 엔트로피 변화 176
15-3 열역학 제2법칙 178
15-4 일상 속 엔진에서의 엔트로피 적용 179
15-5 일상 속 냉장 장치에서의 엔트로피 적용 182
15-6 실제 열기관의 효율 184
15-7 엔트로피의 통계적 진술 184

Chapter 16 단순 조화 운동 (S. H. Motion) 187
16-1 단순 조화 운동 (Simple Harmonic Motion) 188
16-2 단순 조화 운동에서의 힘의 법칙 190
16-3 단순 조화 운동에서의 에너지 191
16-4 각 단순 조화 진동자 193
16-5 단순 진자 (Pendulum) 194
16-6 단순 조화 운동과 일정한 원운동 195
16-7 진폭이 감소하는 단순 조화 운동 196
16-8 공진 (Resonance) 197

Chapter 17 쿨롱 법칙 (Coulomb's Law) 199
17-1 전하 (Electric Charge) 200
17-2 도체와 절연체 201
17-3 쿨롱의 법칙 (Coulomb's Law) 203
17-4 전하의 양자화 205
17-5 전하의 보존 (Conservation of Charge) 205

Chapter 18 전기장Ⅰ(Electric FieldⅠ) 207
18-1 전기장 (Electric Field) 208
18-2 전기장선(전기력선) (Electric Field Line) 208
18-3 점전하에 의한 전기장 210
18-4 전기 쌍극자에 의해 작용하는 전기장 211
18-5 선(형) 전하들에 의한 전기장 212
18-6 대전된 원반에 의한 전기장 214
18-7 전기장 내에서의 점전하 215
18-8 전기장 내에서의 쌍극자 217
18-9 전기 쌍극자의 위치 에너지 218

Chapter 19 전기장 II (Electric Field II) 219
19-1 가우스 표면과 전기장 220
19-2 선속(유량) (Flux) 220
19-3 전기장의 선속 221
19-4 가우스 법칙 (Gauss' Law) 222
19-5 가우스 법칙과 쿨롱의 법칙 223
19-6 대전되어 있는 고립된 도체 224

Chapter 20 전위 (Electric Potential) 229
20-1 전기적 위치 에너지 (Electric Potential Energy) 230
20-2 전위 (Electrical Potential) 230
20-3 등전위면 (Equipotential Surfaces) 232
20-4 전기장과 전위 (cf. 20-8) 232
20-5 점전하에 의한 전위 233
20-6 전기 쌍극자에 의한 전위 234
20-7 연속 전하 분포에 의한 전위 235
20-8 전위와 전기장과의 관계 236

Chapter 21 축전기 (Capacitors) 238
21-1 전기용량 (Capacitance) 239
21-2 전기용량의 계산 240
21-3 축전기의 연결 243
21-4 축전기에서의 에너지 저장 245
21-5 유전체를 갖는 축전기 (Capacitor with a Dielectric) 246
21-6 절연 물질에서의 가우스 법칙 249

Chapter 22 전류 (Current) 251
22-1 전류(전기 흐름) (Electric Current) 252
22-2 전류 밀도 (Current Density) 253
22-3 저항과 고유 저항 (Resistance & Resistivity) 256
22-4 옴의 법칙 (Ohm's Law) 259
22-5 전기 전류에서의 전력 260
22-6 반도체와 초전도체 (Semi- & Superconductors) 261

Chapter 23 회로 이론 (Circuit Theory) 268
23-1 기전력 (Electromotive Force) 269
23-2 기전력과 일 그리고 에너지 269
23-3 단일 회로에서의 전류 계산 270
23-4 내부 저항이 있는 기전력 장치로 이루어진 단일 회로의 전류 계산 272
23-5 저항의 연결법 273
23-6 접지 (Ground) 277
23-7 내부 저항이 있는 기전력 장치와 전력과의 관계 278
23-8 전류계와 전압계 (Ammeter & Voltmeter) 278
23-9 RC회로 279

Chapter 24 자기력 (Magnetic Force) 282
24-1 자기장 B의 정의 283
24-2 전자의 발견 285
24-3 홀 효과 (Hall Effect) 287
24-4 대전된 입자의 회전 288
24-5 대전된 입자의 회전 운동 응용 289
24-6 전류가 흐르는 도선에 작용하는 자기력 291
24-7 모터(전동기)의 원리 - 사각 도선이 자기장으로부터 받는 힘(토크) 293
24-8 자기 쌍극자 모멘트 295

Chapter 25 전류에 의한 자기장 (Mag. Field by Current) 297
25-1 전류가 만드는 자기장 298
25-2 평행한 두 직선 도선 사이에서의 힘 300
25-3 암페어 법칙 (Ampere's Law) 301
25-4 솔레노이드에서의 자기장 303
25-5 토로이드에서의 자기장 305
25-6 원형 코일 중심축상에서의 자기장의 세기 306

Chapter 26 전자기 유도 (Elec. Mag. Induction) 308
26-1 유도 법칙의 기초 309
26-2 패러데이의 유도 법칙 (Faraday's Law of Induction) 310
26-3 렌츠의 법칙 (Lenz's Law) 311
26-4 전자기 유도와 에너지 전환 313
26-5 유도 전기장 (Induced Electric Field) 315
26-6 인덕터와 인덕턴스 (Inductor & Inductance) 316
26-7 자체 유도 (Self-Induction) 317
26-8 RL회로 318
26-9 자기장내에서의 에너지 저장 320
26-10 상호 유도 (Mutual Induction) 322

Chapter 27 교류 (Alternating Current) 324
27-1 LC-진동 (LC-Oscillation) 325
27-2 전기적 진동 역학 327
27-3 RLC 회로 329
27-4 교류 (Alternating Current) 331
27-5 기본 교류 회로 332
27-6 직렬 RLC와 교류 회로 336
27-7 교류 회로에서의 전력 339
27-8 변압기 (Transformer) 341

Chapter 28 파동 (Wave) 345
28-1 파의 분류 346
28-2 파의 진행에 따른 분류 346
28-3 파면의 모양에 따른 분류 347
28-4 파동의 반사와 투과 (Reflection & Transmission) 348
28-5 파의 표현 350
28-6 파의 전파 속력(파속) 352
28-7 현을 따라 진행하는 파의 에너지 355
28-8 파동의 중첩 357
28-9 파동의 간섭 (Interference of Waves) 357
28-10 위상자 (Phasor) 360
28-11 정상파 (Standing Wave) 361
28-11 정상파의 응용 (현의 진동) 363

Chapter 29 종파 (Logitudinal Wave) 365
29-1 음파 (Sound Waves) 366
29-2 음파의 전달 368
29-3 음파의 간섭 369
29-4 소리의 세기 (Intensity of a Sound) 371
29-5 음파에서의 정상파 373
29-6 맥놀이 (Beats) 374
29-7 도플러 효과 (Doppler Effect) 376
29-8 소리의 3요소 380

Chapter 30 빛(전자기파) (Electromag. Wave) 382
30-1 전자기파의 범위 383
30-2 전자기파의 전달 383
30-3 전자기파의 에너지 보존 387
30-4 편광 (Polarization) 388
30-5 반사와 굴절 (Reflection & Refraction) 389
30-6 겉보기 깊이 395
30-7 전반사 (Total Internal Reflection) 396
30-8 분산 (Dispersion) 397
30-9 반사에 의한 편광 399

Chapter 31 거울과 렌즈 (Mirror & Lens) 401
31-1 실상과 허상 (Real Image & Virtual Image) 402
31-2 거울 402
31-3 렌즈 (Lens) 408
31-4 렌즈의 응용 419

Chapter 32 회절과 간섭 (Diffrac. & Interfer.) 423
32-1 회절 (Diffraction) 424
32-2 빛의 파장과 진동수 424
32-3 영의 간섭 (Young's Interference) 426
32-4 이중슬릿 간섭에서의 빛의 세기 428
32-5 얇은 막에 의한 간섭 429
32-6 마이켈슨의 간섭계 (Michelson's Interferometer) 431

Chapter 33 회절 (Diffraction) 434
33-1 단일 슬릿에 의한 회절 무늬 435
33-2 단일 슬릿 회절에서의 빛의 세기 437
33-3 구멍에 의한 회절 440
33-4 2중 슬릿에 의한 회절 441
33-5 회절 격자 (Diffraction Gratings) 442
33-6 분산 (Dispersion) 444
33-7 분해능 (Resolving Power) 445
33-8 X-ray 회절 446

Chapter 34 상대성 (Relativity) 448
34-1 두 가지 가정 449
34-2 사건의 측정 449
34-3 동시성의 상대성 (The Relativity of Simultaneity) 450
34-4 시간의 상대성 (The Relativity of Time) 451
34-5 길이의 상대성 (The Relativity of Length) 454
34-6 로렌츠 변환 (The Lorentz Transformation) 455
34-7 로렌츠 방정식을 이용한 상대성 증명 457
34-8 속도의 상대성 (The Relativity of Velocities) 457
34-9 빛에서의 도플러 효과 458
34-10 상대론적인 운동량 460
34-11 상대론적 에너지 462

Chapter 35 광자와 물질파 (Photon & M. Wave) 465
35-1 광자와 양자 (Photon & Quantum) 466
35-2 광전 효과 (The Photoelectric Effect) 466
35-3 광자가 가지는 운동량 468
35-4 전자와 물질파 (Electron & Matter Waves) 472
35-5 슈뢰딩거 방정식 (Schr?dinger's Equation) 473
35-6 터널링 (Tunneling) 476

Chapter 36 물질파의 확장 (Expan. of M.Wave) 478
36-1 정상파와 물질파 479
36-2 갇혀진 전자의 에너지 479
36-3 갇힌 전자의 파동 함수 483
36-4 유한한 우물 속 전자 485
36-5 2차원 전자 덫 486
36-6 3차원 전자 덫 487
36-7 수소 원자의 보어 모형 487
36-8 수소 원자의 분석 490

Chapter 37 원자의 탐구 (Search of Atoms) 495
37-1 원자의 성질 496
37-2 전자 스핀 (Electron Spin) 498
37-3 각운동량과 자기 쌍극자 모멘트 499
37-4 파울리의 배타 원리 (The Pauli Exclusion Principle) 501
37-5 파울리의 배타 원리 적용 504

Chapter 38 핵반응 I (Nuclear Reaction I) 506
38-1 핵반응을 위한 기초 507
38-2 방사성 붕괴 (Radioactive Decay) 510
38-3 알파 붕괴 (Alpha Decay) 513
38-4 베타 붕괴 (Beta Decay) 513
38-5 방사능 조사량 (Radiaton dosage) 514

Chapter 39 핵반응 II (Nuclear Reaction II) 516
39-1 핵분열 (Nuclear Fission) 517
39-2 원자로 (Nuclear Reactor) 519
39-3 열 핵융합 (Thermonuclear Fusion) 520
39-4 열 핵융합 조절 523

Chapter 40 우주론 (Cosmology) 525
40-1 입자 (Particle) 526
40-2 렙톤 (Lepton) 529
40-3 쿼크 (Quarks) 529
40-4 우주 팽창 530

부록 A 기본 물리 상수 533
부록 B 수학 공식 534
주기율표(한글) 536

참고문헌 537
찾아보기 538

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